Неорганична химия. Обща и неорганична химия

Неорганичната химия е част от общата химия. Тя изучава свойствата и поведението на неорганичните съединения - тяхната структура и способността да реагират с други вещества. Тази посока изследва всички вещества, с изключение на тези, които са изградени от въглеродни вериги (последните са предмет на изследването на органичната химия).

описание

Химията е сложна наука. Разделянето му на категории е чисто произволно. Например, неорганичната и органичната химия свързват съединения, наречени биоинорганични. Те включват хемоглобин, хлорофил, витамин В₁₂ и много ензими.

Много често при изучаване на вещества или процесинеобходимо е да се вземат предвид различни връзки с други науки. Общата и неорганичната химия обхваща прости и сложни вещества, чийто брой наближава 400 000. Проучването на техните свойства често включва широк спектър от методи на физическа химия, тъй като те могат да комбинират свойства, характерни за наука като физиката. Качествата на веществата се влияят от проводимостта, магнитната и оптичната активност, ефекта на катализаторите и други „физически“ фактори.

Като цяло неорганичните съединения се класифицират според тяхната функция:

• киселина;
• основания;
• оксиди;
• сол.

Оксидите често се класифицират в метали (основни оксиди или основни анхидриди) и неметални оксиди (киселинни оксиди или киселинни анхидриди).

поколение

Историята на неорганичната химия е разделена на няколкопериоди. В началния етап знанията се натрупват чрез случайни наблюдения. От древни времена се правят опити за превръщане на основни метали в ценни. Алхимичната идея е популяризирана от Аристотел чрез неговото учение за конвертируемостта на елементите.

През първата половина на XV векепидемиите бушуват. Населението особено страда от едра шарка и чума. Ескулапите приели, че болестите са причинени от определени вещества и борбата с тях трябва да се води с помощта на други вещества. Това доведе до началото на така наречения медико-химичен период. По това време химията се превръща в независима наука.

Формиране на нова наука

През Възраждането химия от чисто практическаполето на научните изследвания започна да се разраства с теоретични концепции. Учените са се опитали да обяснят дълбоките процеси, протичащи с вещества. През 1661 г. Робърт Бойл въвежда понятието „химичен елемент“. През 1675 г. Никълъс Лемър отделя химическите елементи на минералите от растенията и животните, като по този начин прави изследването на неорганичните съединения на химията отделно от органичните.

По-късно химиците се опитаха да обяснят явлението горене.Германският учен Георг Щал създава теорията за флогистона, според която горимо тяло отхвърля негравитационната частица флогистон. През 1756 г. Михаил Ломоносов експериментално доказа, че изгарянето на някои метали е свързано с частици въздух (кислород). Антоан Лавоазие също опровергава теорията на флогистона, ставайки пионер на съвременната теория на горенето. Той също така въведе понятието "съединение от химични елементи".

развитие

Следващият период започва с творбите на Джон Далтъни се опитва да обясни химичните закони чрез взаимодействието на веществата на атомно (микроскопично) ниво. Първият химически конгрес в Карлсруе през 1860 г. дава определения на понятията атом, валентност, еквивалент и молекула. Благодарение на откриването на периодичния закон и създаването на периодичната система, Дмитрий Менделеев доказа, че атомно-молекулярната теория е свързана не само с химичните закони, но и с физическите свойства на елементите.

Следващият етап от развитието на неорганичната химиясвързано с откриването на радиоактивен разпад през 1876 г. и изясняването на структурата на атома през 1913 г. Изследване на Албрехт Кесел и Хилберт Луис през 1916 г. решава проблема с естеството на химическите връзки. Въз основа на теорията за хетерогенното равновесие от Уилард Гибс и Хенрик Росеб, Николай Курнаков през 1913 г. създава един от основните методи на съвременната неорганична химия - физикохимичен анализ.

Основи на неорганичната химия

Неорганичните съединения се срещат естествено вформата на минерали. Почвата може да съдържа железен сулфид като пирит или калциев сулфат под формата на гипс. Неорганичните съединения се срещат и като биомолекули. Те се синтезират за използване като катализатори или реагенти. Първото важно изкуствено неорганично съединение е амониевият нитрат, който се използва за наторяване на почвата.

соли

Много неорганични съединения представляватса йонни съединения, състоящи се от катиони и аниони. Това са така наречените соли, които са обект на изследвания в неорганичната химия. Примери за йонни съединения са:

• Магнезиев хлорид (MgCl₂), който включва Mg катиони²⁺ и аниони Cl^-.
• Натриев оксид (Na₂O), който се състои от Na катиони⁺ и аниони O^2-.

Във всяка сол пропорциите на йони са такива, чеелектрическите заряди са в равновесие, тоест връзката като цяло е електрически неутрална. Йоните се описват от тяхното окислително състояние и лекотата на образуване, което следва от йонизационния потенциал (катиони) или електронен афинитет (аниони) на елементите, от които са образувани.

Неорганичните соли включват оксиди,карбонати, сулфати и халогениди. Много съединения имат високи точки на топене. Неорганичните соли обикновено са твърди кристални образувания. Друга важна характеристика е тяхната разтворимост във вода и лекота на кристализация. Някои соли (например NaCl) са силно разтворими във вода, докато други (например SiO2) са почти неразтворими.

Метали и сплави

Метали като желязо, мед, бронз, месинг,алуминий, са група от химични елементи в долния ляв ъгъл на периодичната таблица. Тази група включва 96 елемента, които се характеризират с висока топло- и електрическа проводимост. Те се използват широко в металургията. Металите могат да бъдат грубо разделени на черни и цветни, тежки и леки. Между другото, най-използваният елемент е желязото, то представлява 95% от световното производство сред всички видове метали.

Сплавите са сложни вещества,получени чрез топене и смесване на два или повече метала в течно състояние. Те се състоят от основа (доминиращите елементи като процент: желязо, мед, алуминий и др.) С малки добавки на легиращи и модифициращи компоненти.

Около 5000 вида сплави се използват от човечеството. Те са основните материали в строителството и индустрията. Между другото, между металите и неметалите също има сплави.

класификация

В таблицата на неорганичната химия металите са разделени на няколко групи:

• 6 елемента са в алкалната група (литий, калий, рубидий, натрий, франций, цезий);
• 4 - в алкална земя (радий, барий, стронций, калий);
• 40 - в преход (титан, злато, волфрам, мед, манган, скандий, желязо и др.);
• 15 - лантаниди (лантан, церий, ербий и др.);
• 15 - актиниди (уран, анемони, торий, фермий и др.);
• 7 - полуметал (арсен, бор, антимон, германий и др.);
• 7 - леки метали (алуминий, калай, бисмут, олово и др.).

Неметали

Неметалите могат да бъдат както химични елементи,и химични съединения. В свободно състояние те образуват прости вещества с неметални свойства. В неорганичната химия се разграничават 22 елемента. Това са водород, бор, въглерод, азот, кислород, флуор, силиций, фосфор, сяра, хлор, арсен, селен и др.

Най-често срещаните неметали са халогените.В реакция с метали те образуват съединения, чиято връзка е главно йонна, например KCl или CaO. При взаимодействие помежду си неметалите могат да образуват ковалентно свързани съединения (Cl3N, ClF, CS2 и др.).

Основи и киселини

Базите са сложни вещества, най-важните от които сакоито са водоразтворими хидроксиди. Когато се разтворят, те се дисоциират с метални катиони и хидроксидни аниони и тяхното рН е по-голямо от 7. Основите могат да се разглеждат като химически противоположни на киселините, тъй като водните дисоцииращи киселини увеличават концентрацията на водородни йони (H3O +), докато основата намалее.

Киселините са вещества, в които участватхимични реакции с основи, отнемащи електрони от тях. Повечето киселини от практическо значение са водоразтворими. Когато се разтворят, те се отделят от водородните катиони (H⁺) и киселинни аниони и тяхното рН е по-малко от 7.